Materievågor

Materievågor är vågor som är associerade med materia i kvantmekaniken. Begreppet introducerades av Louis de Broglie 1924 och hävdade att varje partikel med momentum p har en våglängd λ = h/p. Denna vågnatur förklarar varför elektroner, atomer och andra partiklar kan uppvisa interferens och diffraktion, trots att de också beter sig som partiklar i andra sammanhang. För fotoner är liknande samband mellan energi, momentum och våglängd giltiga, vilket visar att våg- och partikelaspekter är två sätt att beskriva samma fenomen.

Matematiskt beskrivs materievågor med vågfunktioner som uppfyller Schrödingers ekvation. För en fri partikel är en plan vågfunktion ψ ∝ exp[i(px − Et)/ħ], där p är momentum och E energin. Kopplingarna λ = h/p och f = E/h binder samman våglängd, frekvens och partikelns rörelsemängd. I den icke-relativistiska gränsen är E ≈ p^2/(2m).

En lokaliserad partikel beskrivs ofta som ett vågpacket; grupphastigheten v_g = dω/dk motsvarar partikelns hastighet, medan vågpaketet breddas över tid på grund av dispersion i kvantmekaniska ekvationer. Materievågor leder till tydliga interferenseffekter och diffraktion i experiment, såsom elektron- och neutrondiffraction samt atominterferometri. I ultrakalla gaser bildas Bose-Einstein-kondensat där atomer uppträder som sammanbundna materievågor.

Praktiska tillämpningar inkluderar elektronmikroskopi och atom- samt molekylinterferometri, som används i precisionmätningar och kvantteknik. Materievågor utgör en grundläggande del av vår förståelse av kvantvärlden och har drivit utvecklingen av nya teknologier inom mätteknik och informationsbehandling.